DE3022770C2 - Piezoceramic structure-borne sound transducer - Google Patents
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- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
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Description
Die Erfindung betrifft einen Körperschallwandler mit einem offenendigen Gehäuse und einem innerhalb desselben auf einer Metallmembran befestigten piezokeramischen Element, wobei die Metallinembran imThe invention relates to a structure-borne sound transducer with an open-ended housing and an inside the same piezoceramic element attached to a metal membrane, the metal membrane in the wesentlichen parallel zu und im Abstand von der Gehäuseöffnung angeordnet istis arranged substantially parallel to and at a distance from the housing opening
Bei den bisher bekannten piezokeramischen Tonabnehmern ist das piezokeramische Element vorzugsweise ein mit Elektroden und Anschlußdrähten versehenes dünnes Blättchen aus Bleideternat auf die relativ dünne Metallmembran mittels eines Leitklebers aufgekktet Das piezokeramische Element wird dann meist in eine Schutzmasse eingebettet um es gegen mechanische Beschädigung zu schützen. Die Metallmembran wird dann jeweils auf dem zur Resonanzabgabe vorgesehenen Schwingungskörper befestigt Dies kann durch Aufkleben oder auch mit Hilfe von Gummibändern erfolgen, so daß der Tonabnehmer wieder abnehmbarIn the previously known piezoceramic pickups, the piezoceramic element is preferably one provided with electrodes and connecting wires thin sheet of lead ternat attached to the relatively thin metal membrane with a conductive adhesive The piezoceramic element is then usually embedded in a protective mass to protect it against mechanical Protect from damage. The metal diaphragm is then attached to the vibrating body provided for emitting resonance. This can be done by Glue on or with the help of rubber bands so that the pickup can be removed again istis
Bei den bisher bekannten Tonabnehmern dieser Art hat sich gezeigt daß bisher nur ein relativ harter sogenannter elektrischer Instrumentenklang erzeugt werden konnte. Dies ist in vielen Fällen unerwünscht inIn the case of the previously known pickups of this type, it has been shown that so far only a relatively hard one so-called electrical instrument sound could be generated. This is undesirable in many cases denen der Naturton des Instrumentes verstärkt werden soll.which the natural tone of the instrument should be enhanced.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 78 31611 ist ein Körperschallwandier der eingangs genannten Art bekannt der ein glockenförmiges Gehäuse umfaßtFrom the German utility model 78 31 611 a structure-borne sound barrier of the type mentioned above is known which comprises a bell-shaped housing innerhalb dessen die mit dem Gehäuse nicht in Berührung stehende Metallmembran und das piezokeramische Element in eine elastische Vergußmasse, insbesondere Gummimasse eingebettet sind. Die Schallübertragung erfolgt mittels eines Stößels, der an derwithin which the with the housing not in Metal membrane in contact with the piezoceramic element in an elastic casting compound, in particular rubber compound are embedded. The sound is transmitted by means of a plunger attached to the dem piezokeramischen Element fernen Seite der Metallmembran angreift und durch eine in dem Boden des glockenförmigen Gehäuses ausgebildete kleine öffnung hindurchragt Der Stößel weist eine Kunststoffkappe auf, mit der er an dem schallerzeugenden Körperattacks the piezoceramic element remote side of the metal membrane and through one in the bottom The small opening formed in the bell-shaped housing protrudes through the plunger. The plunger has a plastic cap with which it is attached to the sound-generating body anliegtis applied
Bei dem in dem deutschen Gebrauchsmuster 78 31611 beschriebenen Körperschallwandler handelt es sich um ein Körperschallmikrophon für ein Stethoskop. Wollte man dieses KörperschallmikrophonThe structure-borne sound transducer described in the German utility model 78 31611 is it is a structure-borne sound microphone for a stethoscope. If you wanted this structure-borne sound microphone als Tonebnehmer für Musikinstrumente verwenden, ist davon auszugehen, daß es ebenfalls die oben geschilderten Nachteile aufweist da auch hier die Schallschwingungen direkt über ein starr mit der Metallmembran verbundenes Element auf die Metallmembran und damitUse as a pickup for musical instruments, it can be assumed that it also has the disadvantages described above, since here too the sound vibrations are rigidly connected to the metal diaphragm connected element to the metal membrane and thus das piezokeramische Element übertragen werden.the piezoceramic element are transferred.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Bildung eines Tonabnehmers für Musikinstrumente, insbesondere Saiteninstrumente einen Körperschallwandier der eingangs genannten Art so auszubilden, daßThe invention is based on the object to form a pickup for musical instruments, in particular string instruments to form a structure-borne sound wallier of the type mentioned in such a way that
so man eine möglichst naturgetreue Wiedergabe des für das jeweilige Musikinstrument charakteristischen Klanges erhält.so that the most realistic possible reproduction of the sound that is characteristic of the respective musical instrument is obtained.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Bildung eines Tonabnehmers für MusikinstruThis object is achieved according to the invention in that to form a pickup for musical instruments mente, insbesondere Saiteninstrumente, das Gehäuse auf der dem piezokeramischen Element abgewandten Seite der Membran mittels einer zur Anlage an dem Musikinstrument bestimmten elastischen Membran dicht verschlossen ist und daß der zwischen derments, especially stringed instruments, the case on the side of the membrane facing away from the piezoceramic element by means of a for contact with the Musical instrument specific elastic membrane is tightly sealed and that between the elastischen Membran und der Metallmembran eingeschlossene Raum mit einem im wesentlichen homogenen, sich an beliebige Raumformen anpassenden Füllmaterial ausgefüllt ist. Es hat sich überraschender Weise gezeigt, daß mitelastic membrane and the metal membrane enclosed space with a substantially homogeneous, adapting to any spatial shape Filler material is filled. It has surprisingly been shown that with dieser Anordnung der Originalklang der Instrumente praktisch unverfälscht übertragen und verstärkt werden kann, so daß es nun auch möglich ist, beispielsweise den Klang einer Geige, eines Cellos, eines Kontrabasses,this arrangement of the original sound of the instruments can be transmitted and amplified practically unadulterated, so that it is now also possible, for example the Sound of a violin, a cello, a double bass,
einer Konzertgitarre, einer Zither und dgL zu verstärken, ohne daß die charakteristische klassische Klangfärbung des jeweiligen Instruments dabei verloren geht, wie dies bisher der Fall war.a concert guitar, a zither and the like without losing the characteristic classical tonal color of the respective instrument is lost, as was previously the case.
Das Füllmaterial kann von einer plastischen Masse oder auch von einer Flüssigkeit gebildet sein. Besonders gute Ergebnisse wurden mit Modeliermassen erhalten. Dabei handelt es sich um Modeliermassen auf der Basis von Kaolin, Zinkoxid, Kreide, Pigmenten, Wachsen und ölen, wie sie beispielsweise als Knetmassen für Kinder im Handel erhältlich sind. Als geeignetes Füllmaterial hat sich jedoch beispielswiese auch Fensterkitt erwiesen. Die vorstehend genannten Materialien haben darüberhinaus den Vorteil, daß sie einfach und preiswert zu beschaffen und auch einfach zu handhaben sind.The filler material can be formed from a plastic mass or from a liquid. Particularly good results have been obtained with modeling compounds. These are modeling compounds on the basis of kaolin, zinc oxide, chalk, pigments, waxes and oils, such as those used as modeling clay for children are commercially available. However, window putty, for example, has also proven to be a suitable filling material. The above-mentioned materials also have the advantage that they are simple and inexpensive can be obtained and are also easy to use.
Gute Ergebnisse wurden auch mit flüssigen Füllmaterialien wie ölen und dgL erhalten.Good results have also been achieved with liquid filling materials how to oil and get dgL.
Die elastische Membran kann aus natürlichem oder künstlichem Kautschuk bestehen. Um das piezokeramische Element gegen mechanische Beschädigung zu sichern oder bei Bruch des piezokeramisch"ji Elementes die Funktion des Tonabnehmers weitgehend zu erhalten, kann das piezokeramische Element in an sich bekannter Weise in eine Kunststoffmasse eingebettet sein. Dies läßt sich auf einfache Weise dadurch bewerkstelligen, daß das Gehäuse auf der das piezokeramische Element tragenden Seite der Membran über diese hinaus verlängert ist und daß der dadurch gebildete Gehäusehohlraum mit dem Kunststoff, beispielsweise einem Epoxy- oder Polyester-Harz ausgefüllt ist. Dadurch werden gleichzeitig die Lötstellen der Anschlußstellen an den Elektroden gegen Umwelteinflüsse und mechanische Beschädigung geschützt. The elastic membrane can be made of natural or synthetic rubber. To the piezoceramic To secure the element against mechanical damage or if the piezoceramic element breaks the function of the pickup can largely be preserved by the piezoceramic element in itself be embedded in a known manner in a plastic compound. This can be done in a simple manner accomplish that the housing on the side of the membrane carrying the piezoceramic element is extended beyond this and that the housing cavity formed thereby with the plastic, for example, an epoxy or polyester resin is filled. This will make the soldering points at the same time the connection points on the electrodes are protected against environmental influences and mechanical damage.
Vorzugsweise ist die Membran einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet, das zu diesem Zweck beispielsweise aus Bronze oder einem anderen hierfür geeigneten Material besteht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse im wesentlichen zylindrisch ausgebildet, wobei die Metallmembran in einem Abstand von den beiden Zylinderenden senkrecht zur Zylinderachse angeordnet ist. Um den das Füllmaterial enthaltenden Raum zuverlässig abdichten zu können, weist das zylindrische Gehäuse auf seiner dem piezokeramischen Element abgewandten Seite einen gegenüber der Metallmembran durchmessergrößeren Endabschnitt auf, dessen axiale Abmessung im wesentlichen der Dicke der elastischen Membran entspricht. Auf diese Weise wird für die elastische Membran eine Auflagefläche geschaffen, die einen dichten Abschluß des das Füllmaterial aufnehmenden Raumes ermöglicht.The membrane is preferably formed in one piece with the housing, which for this purpose, for example made of bronze or another material suitable for this purpose. According to a preferred embodiment the housing is essentially cylindrical, the metal membrane in one Distance from the two cylinder ends is arranged perpendicular to the cylinder axis. Around the the filler material To be able to reliably seal containing space, the cylindrical housing has on its Piezoceramic element facing away from the side facing the metal membrane with a larger diameter End portion, the axial dimension of which corresponds essentially to the thickness of the elastic membrane. on In this way, a bearing surface is created for the elastic membrane, which provides a tight seal of the space accommodating the filling material.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den Figuren die Erfindung anhand eines Ausführungsbetspieles erläutert. Es zeigt:Further features and advantages of the invention emerge from the following description, which is shown in FIG In connection with the figures, the invention is explained on the basis of an exemplary embodiment. It shows:
F i g. 1 eine schematische Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Tonabnehmer undF i g. 1 is a schematic plan view of the pickup according to the invention and
F i g. 2 einen Schnitt längs Linie 11-11 in F i g. 1.F i g. 2 shows a section along line 11-11 in FIG. 1.
Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte piezokeramische Tonabnehmer umfaßt ein allgemein mit 10 bezeichnetes zylindrisches Gehäuse mit einem Gehäuseunterteil 12 und einem Gehäusedeckel 14. Das Gehäuseunterteil 12 weist dabei einen stufenförmig abgesetzten Abschnitt kleineren Außendurchmessers auf, auf den der Deckel 14 aufsetzbar ist, so daß die Mantelfläche des Deckels 14 und die Mantelfläche des durchmessergrößeren Abschnittes des Gehäusesunterteils 12 miteinander fluchten, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist.The in the F i g. 1 and 2 shown piezoceramic The pickup comprises a cylindrical housing, generally designated 10, with a housing lower part 12 and a housing cover 14. The lower housing part 12 has a stepped section smaller outer diameter, on which the cover 14 can be placed, so that the lateral surface of the cover 14 and the outer surface of the larger-diameter section of the lower housing part 12 are aligned with one another, as shown in FIG. 2 is shown.
In einem mittleren Abschnitt des aus Metall, beispielsweise Phosphorbronze bestehenden Gehäuseunterteils 12 ist eine einstückig mit diesem ausgebildete Membran 16 senkrecht zur Zylinderachse angeordnet Die Stärke der Metallmembran 16 beträgt ca. 0,45 mm. Auf der dem Deckel 14 zugewandten Seite der Membran 16 ist ein piezokeramiscbes Element 18 in bekannter Weise aufgekittet, das beispielsweise aus einem dünnen Plättchen aus Bleideternat besteht. Die bei einer Schwingung der Membran 16 an dem piezokeramischen Element 18 auftretenden elektrischen Spannungen werden über nicht dargestellte Anschlußdrähte abgegriffen. Zum Herausführen der Anschlußdrähte aus dem Gehäuseunterteil 12 ist in dem sich von der Membran 16 zum deckelseitigen Ende des Gehäuseunterteils 12 erstreckenden Zylinderabschnitt 20 eine radiale Bohrung 22 vorgesehen. Der von dem Zylinderabschnitt 20 und dem Deckel 14 eingeschlossene Raum ist mit einem Epoxy- oder Polyesterharz 24 ausgefüllt, in welches das piezokeramische Element 18 eingebettet ist Das Harz schützt das piezokeramische Element 18 sowie die Lötstellen zwischen den Elektroden und den Anschlußdrähten vor mechanischer Beschädigung und schädlichen Umwelteinflüssen und gewährleistet, daß der Tonabnehmer selbst bei einem Bruch des dünnen piezokeramischen Elementes 18 weiterverwendbar ist.In a central section of the lower housing part made of metal, for example phosphor bronze 12, a membrane 16 formed in one piece with this is arranged perpendicular to the cylinder axis The thickness of the metal membrane 16 is approximately 0.45 mm. On the side facing the cover 14 Membrane 16 is a piezokeramiscbes element 18 cemented in a known manner, for example from consists of a thin sheet of lead ternat. When the membrane 16 vibrates at the Piezoceramic element 18 occurring electrical voltages are via connecting wires, not shown tapped. To lead out the connecting wires from the lower housing part 12 is in the from of the membrane 16 to the cover-side end of the lower housing part 12 extending cylinder section 20 a radial bore 22 is provided. The one enclosed by the cylinder section 20 and the cover 14 Space is filled with an epoxy or polyester resin 24, in which the piezoceramic element 18 The resin protects the piezoceramic element 18 and the soldering points between the Electrodes and connecting wires from mechanical damage and harmful environmental influences and ensures that the pickup even if the thin piezoceramic element 18 is reusable.
Auf der dem piezokeramischen Element 18 abgewandten Seite der Membran 16 weist das Gehäuseunterteil 12 einen ersten, den Durchmesser der Membran 16 bestimmenden Zylinderabschnitt 26 und einen gegenüber diesem durchmessergrößeren zweiten Zylinderabschnitt 28 auf. Zwischen den Zylinderabschnitten 26 und 28 ist eine Ringschulter 30 gebildet, die als Auflagefläche für eine Gummimembran 32 dient. Die axiale Abmessung des Zylinderabschnittes 28 ist dabei im wesentlichen gleich der Stärke der Gummimembran 32, so daß der Tonabnehmer mit der nach außen weisenden Oberfläche der Gummimembran 32 an eine Resonanzfläche eines Musikinstrumentes angelegt werden kann.On the side of the membrane 16 facing away from the piezoceramic element 18, the lower housing part has 12 a first, the diameter of the membrane 16 determining cylinder section 26 and a compared to this second cylinder section 28 of larger diameter. Between the cylinder sections 26 and 28 an annular shoulder 30 is formed which serves as a support surface for a rubber membrane 32. the axial dimension of the cylinder section 28 is essentially equal to the thickness of the rubber membrane 32, so that the pickup with the outwardly facing surface of the rubber membrane 32 to a Resonance surface of a musical instrument can be created.
so Die Gummimembran 32 schließt den Raum innerhalb des Zylinderabschnitts 26 dicht ab. Dieser Raum ist mit einer homogenen plastischen Masse oder Flüssigkeit 34 vollständig ausgefüllt. Dieses zwischen der äußeren, den Kontakt zu dem Instrument herstellenden Gummimembran 32 und der Metallmembran 16 eingeschlossene Füllmaterial überträgt die Schwingungen vom Instrument auf den piezokeramischen Schwinger überraschenderweise derart, daß der-Naturton des jeweiligen Instrumentes bei der Übertragung und Verstärkung erhalten bleibt.Thus, the rubber membrane 32 seals off the space within the cylinder section 26 tightly. This room is with a homogeneous plastic mass or liquid 34 completely filled. This between the outer, the Contact to the instrument making rubber membrane 32 and the metal membrane 16 included Filling material surprisingly transfers the vibrations from the instrument to the piezoceramic transducer such that the natural tone of the respective instrument during transmission and amplification preserved.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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